JPH07110206A - Optical heterodyne interferometer - Google Patents

Optical heterodyne interferometer

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Publication number
JPH07110206A
JPH07110206A JP5252797A JP25279793A JPH07110206A JP H07110206 A JPH07110206 A JP H07110206A JP 5252797 A JP5252797 A JP 5252797A JP 25279793 A JP25279793 A JP 25279793A JP H07110206 A JPH07110206 A JP H07110206A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
acousto
optical
optic modulator
reference light
Prior art date
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Pending
Application number
JP5252797A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shigeaki Komatsu
慈明 小松
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Brother Industries Ltd
Original Assignee
Brother Industries Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Brother Industries Ltd filed Critical Brother Industries Ltd
Priority to JP5252797A priority Critical patent/JPH07110206A/en
Publication of JPH07110206A publication Critical patent/JPH07110206A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To provide an optical heterodyne interferometer which is made compact by reducing the number of optical components and is constituted to hardly generate phase distortion by air flows by always bringing two optical paths closer to each other. CONSTITUTION:An acoustooptical modulating element 3 separates laser light by utilizing the Bragg diffraction and, at the same time, modulates high-order modulated light. One of two diffracted light rays of different orders is used as measuring light and the other is used as reference light. Another acoustooptical modulating element 10 modulates the reflected measuring light and reference light respectively reflected from an object 8 to be measured and reference mirror 7 with a frequency which is slightly different from that of the element 3 and generates interference by integrating both light rays. Therefore, the number of optical components used in an optical heterodyne interferometer can be reduced. In addition, since the Bragg angles of the elements 3 and 10 are small, about 7 mrad, the constitution of the interferometer can be made more compact and, since the optical paths for measuring light and reference light can be always brought closer to each other, the phase distortion which is generated by air flows hardly occurs.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、光ヘテロダイン干渉計
に関するものであり、特に音響光学変調素子を用いた光
ヘテロダイン干渉計に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical heterodyne interferometer, and more particularly to an optical heterodyne interferometer using an acousto-optic modulator.

【0002】[0002]

【従来の技術】光ヘテロダイン干渉計を用いた微細表面
形状測定を例として説明する。
2. Description of the Related Art An example of fine surface shape measurement using an optical heterodyne interferometer will be described.

【0003】従来、この種の音響光学変調素子を用いた
光ヘテロダイン干渉計の光学系は、図4に示すように構
成されていた。
Conventionally, the optical system of an optical heterodyne interferometer using this type of acousto-optic modulator has been constructed as shown in FIG.

【0004】レーザ光源101は、振動数がν1の直線
偏光レーザ光を発生するものである。アイソレータ10
2は、前記レーザ光源101への戻り光を遮断するもの
であり、出力光の偏光面が紙面の法線と平行になるよう
に設定されている。無偏光ビームスプリッタ103は、
アイソレータ102の出力光を2方向に分岐するもので
ある。
The laser light source 101 generates linearly polarized laser light having a frequency of ν1. Isolator 10
Reference numeral 2 blocks the return light to the laser light source 101, and is set so that the polarization plane of the output light is parallel to the normal line of the paper surface. The non-polarizing beam splitter 103 is
The output light of the isolator 102 is branched in two directions.

【0005】駆動信号発生器105は、80MHzの正弦波
を発生し音響光学変調素子104を駆動するものであ
り、音響光学変調素子104は、分岐された一方のレー
ザ光の振動数を+80MHzシフトさせるものである。ここで
図5を用いて、音響光学変調素子104について説明す
る。レーザ光を音響光学変調素子104に対して、ブラ
ッグ角φで入射すると、0次回折光、及び0次回折光に
対して2φの角度を持つ1次回折光が発生する。この時
1次回折光の振動数は、入射光に対して駆動信号発生器
の発生する周波数だけプラス・シフトする。1次回折光
以外の出力光は遮光板等で遮られ、1次回折光のみが音
響光学変調素子106に入射される。
The drive signal generator 105 drives the acousto-optic modulator 104 by generating a sine wave of 80 MHz, and the acousto-optic modulator 104 shifts the frequency of one branched laser beam by +80 MHz. It is what makes me. Here, the acousto-optic modulator 104 will be described with reference to FIG. When laser light is incident on the acousto-optic modulator 104 at a Bragg angle φ, 0th-order diffracted light and 1st-order diffracted light having an angle of 2φ with respect to the 0th-order diffracted light are generated. At this time, the frequency of the first-order diffracted light is positively shifted by the frequency generated by the drive signal generator with respect to the incident light. Output light other than the first-order diffracted light is blocked by a light blocking plate or the like, and only the first-order diffracted light enters the acousto-optic modulator 106.

【0006】駆動信号発生器107は、79.9MHzの正弦
波を発生し音響光学変調素子106を駆動するものであ
り、音響光学変調素子106は、図6の様に、レーザ光
を、ブラッグ角φで入射すると、0次回折光、及び0次
回折光に対して2φの角度を持つ−1次回折光が発生す
る。この時−1次回折光の振動数は入射光に対して、駆
動信号発生器の発生する周波数だけマイナス・シフトす
る。−1次回折光以外の出力光は遮光板等で遮られ、−
1次回折光のみが出力される。従って、2つの音響光学
変調器104,106を透過したレーザ光は、振動数ν
2が+100kHzシフトしていることになる。以後この出力
レーザ光を参照光と呼ぶ。反射鏡108は、レーザ光の
光路を変えるものである。
The drive signal generator 107 drives the acousto-optic modulator 106 by generating a 79.9 MHz sine wave, and the acousto-optic modulator 106 directs the laser light to the Bragg angle φ as shown in FIG. When incident at, the 0th-order diffracted light and the -1st-order diffracted light having an angle of 2φ with respect to the 0th-order diffracted light are generated. At this time, the frequency of the −1st order diffracted light is minus shifted by the frequency generated by the drive signal generator with respect to the incident light. Output light other than the -1st order diffracted light is blocked by a light shield plate,
Only the first-order diffracted light is output. Therefore, the laser light transmitted through the two acousto-optic modulators 104 and 106 has a frequency ν
2 is shifted by + 100kHz. Hereinafter, this output laser light will be referred to as reference light. The reflecting mirror 108 changes the optical path of laser light.

【0007】反射鏡109は、無偏光ビームスプリッタ
103により分岐されたもう一方のレーザ光の光路を変
えるものである。1/2波長板110は、光軸が図4の
紙面に対して45度の角度に設置され、レーザ光の偏光
面を紙面と平行になるように回転させるものである。以
後この出力レーザ光を測定光と呼ぶ。
The reflecting mirror 109 changes the optical path of the other laser beam split by the non-polarizing beam splitter 103. The half-wave plate 110 has an optical axis set at an angle of 45 degrees with respect to the paper surface of FIG. 4, and rotates the polarization plane of the laser light so as to be parallel to the paper surface. Hereinafter, this output laser light will be referred to as measurement light.

【0008】無偏光ビームスプリッタ111は、前記参
照光及び測定光を同一光路上に統合し、且つそれぞれ2
つのレーザ光を分割するものである。以後検光子113
方向に分岐した参照光をS1波、測定光をP1波と呼
び、偏光ビームスプリッタ115方向に分岐した参照光
をS2波、測定光をP2波と呼ぶ。
The non-polarizing beam splitter 111 integrates the reference light and the measurement light on the same optical path, and divides them into two beams.
It divides two laser beams. After that, the analyzer 113
The reference light branched in the direction is called the S1 wave, the measurement light is called the P1 wave, the reference light branched in the direction of the polarization beam splitter 115 is called the S2 wave, and the measurement light is called the P2 wave.

【0009】検光子113は、前期S1波及びP1波を
干渉させるものである。フォト・ダイオード114は、
この干渉光の強度を電気信号に変換するものである。こ
の電気信号は以降に説明する位相差検出時の基準となる
信号であり、以後B信号と呼ぶ。
The analyzer 113 causes the S1 wave and the P1 wave to interfere with each other. The photodiode 114 is
The intensity of this interference light is converted into an electric signal. This electric signal is a reference signal for detecting a phase difference, which will be described later, and is hereinafter referred to as a B signal.

【0010】偏光ビームスプリッタ115は、S偏光波
を反射し、P偏光波を直進させる性質を持つ。したがっ
て、S2波は1/4波長板116の方向に反射し、P2
波は1/4波長板118の方向に透過する。S2波は固
定された参照鏡117により反射され、偏光ビームスプ
リッタ115に戻るが、1/4波長板116を2回透過
することにより、P偏光波となり検光子120の方向に
透過する。P2波は被測定物119により反射され、偏
光ビームスプリッタ115に戻るが、1/4波長板11
8を2回透過することにより、S偏光波となり検光子1
20の方向に進行方向を変える。
The polarization beam splitter 115 has a property of reflecting the S-polarized wave and straightening the P-polarized wave. Therefore, the S2 wave is reflected in the direction of the quarter-wave plate 116, and P2
The wave transmits in the direction of the quarter wave plate 118. The S2 wave is reflected by the fixed reference mirror 117 and returns to the polarization beam splitter 115, but by passing through the quarter wavelength plate 116 twice, it becomes a P polarization wave and is transmitted in the direction of the analyzer 120. The P2 wave is reflected by the DUT 119 and returns to the polarization beam splitter 115.
By passing 8 times twice, it becomes an S-polarized wave and the analyzer 1
Change direction to 20.

【0011】検光子120は、前期S2波、及びP2波
を干渉させるものであり、フォト・ダイオード121
は、この干渉光の強度を電気信号に変換するものであ
る。ここで、フォト・ダイオード121に入力されるS
2波を、A・exp{i(k2・rs-ω2・t)}(ただし、rsはS2波
のフォト・ダイオード121までの光路長、Aは振幅、k
2は波長定数、ω2=2π・ν2は角振動数)とし、P2波
を、B・exp{i(k1・rp-ω1・t)}(ただし、rpはP2波のフ
ォト・ダイオード121までの光路長、Bは振幅、k1は
波長定数、ω1=2π・ν1は角振動数、初期位相は0)とす
ると、フォト・ダイオード121は、入射光の強度|I
2=A2+B2+2A・B・cos{(ω2-ω1)・t+k1・rp-k2・rs}を電
気信号に変換する。第3項はS2波とP2波の干渉によ
るビート信号であり、その位相θはk1・rp-k2・rsとな
る。参照鏡117を固定することによって、ビート信号
の位相θから被測定物119の微小変位を測定すること
ができる。この電気信号を以後D信号と呼ぶ。
The analyzer 120 causes the S2 wave and the P2 wave to interfere with each other, and the photo diode 121
Is for converting the intensity of the interference light into an electric signal. Here, S input to the photodiode 121
2 waves, Aexp {i (k2 ・ rs-ω2 ・ t)} (where rs is the optical path length of the S2 wave to the photodiode 121, A is the amplitude, k
2 is a wavelength constant, ω2 = 2π · ν2 is an angular frequency, and P2 wave is B · exp {i (k1 · rp-ω1 · t)} (however, rp is a P2 wave up to the photodiode 121). The optical path length, B is the amplitude, k1 is the wavelength constant, ω1 = 2π · ν1 is the angular frequency, and the initial phase is 0).
| 2 = A 2 + B 2 + 2A ・ B ・ cos {(ω2-ω1) ・ t + k1 ・ rp-k2 ・ rs} is converted into an electric signal. The third term is a beat signal due to the interference of the S2 wave and the P2 wave, and its phase θ is k1 · rp−k2 · rs. By fixing the reference mirror 117, the minute displacement of the DUT 119 can be measured from the phase θ of the beat signal. This electrical signal is hereinafter referred to as the D signal.

【0012】次に、図7を用いて電気系の構成を説明す
る。
Next, the structure of the electric system will be described with reference to FIG.

【0013】D信号増幅器131は、前期D信号の交流
成分(ビート信号)を増幅するものである。
The D signal amplifier 131 amplifies the AC component (beat signal) of the D signal in the previous period.

【0014】同様にB信号増幅器132は、前期B信号
のビート信号を増幅するものである。この時ビート信号
の位相は、S1波とP1波のフォト・ダイオード114
までの光路長が固定されているために定数となり、以降
で説明するD信号の位相に対する比較基準とする。
Similarly, the B signal amplifier 132 amplifies the beat signal of the B signal in the previous period. At this time, the phase of the beat signal is the photodiode 114 of the S1 wave and the P1 wave.
Since the optical path lengths up to are fixed, they are constants and are used as a comparison reference for the phase of the D signal described below.

【0015】位相比較器133は、前記D信号とB信号
のビート信号の位相差Θを検出するものである。位相差
Θは上述のようにΘ=k1・rp-k2・rs-(B信号の位相)と
なり、参照鏡117を固定することによってΘ=k1・rp-
(定数)となる。
The phase comparator 133 detects the phase difference Θ between the beat signals of the D signal and the B signal. The phase difference Θ becomes Θ = k1rp-k2rs- (phase of the B signal) as described above, and by fixing the reference mirror 117, Θ = k1rp-
(Constant).

【0016】信号処理装置134は、被測定物119を
載せたステージを図4の矢印の方向に徐々に移動させ、
位相差Θの変化を観測することによって、被測定物11
9の微細表面形状を測定するものである。この時測定精
度は、Δrp=ΔΘ/k1=λ/2π・ΔΘ(ただし、λはレーザ
波長)となる。ここで、波長632.8[nm]のHe−Neレ
ーザを用い、位相差Θを2π/1000の精度で検出すれば、
Δrd=0.6[nm]となり、測定光の光路が被測定物119
の変位に相当する距離を往復するので、被測定物119
の変位を0.3[nm]の精度で測定することができる。
The signal processing device 134 gradually moves the stage on which the DUT 119 is placed in the direction of the arrow in FIG.
By observing the change in the phase difference Θ, the measured object 11
The fine surface shape of No. 9 is measured. At this time, the measurement accuracy is Δrp = ΔΘ / k1 = λ / 2π · ΔΘ (where λ is the laser wavelength). Here, if a phase difference Θ is detected with an accuracy of 2π / 1000 using a He-Ne laser with a wavelength of 632.8 [nm],
Δrd = 0.6 [nm], and the optical path of the measurement light is 119
Since it reciprocates a distance corresponding to the displacement of
The displacement of can be measured with an accuracy of 0.3 [nm].

【0017】[0017]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
ような音響光学変調素子を用いた光ヘテロダイン干渉計
は、僅かに波長の異なる2つのレーザ光を作り出すため
に、直線偏光レーザ光を無偏光ビームスプリッタ103
により分岐し、一方のレーザ光の振動数を2つの音響光
学素子によりシフトさせた後に、無偏光ビームスプリッ
タ111により、同一光路に統合していた為に、光学部
品点数が多くなり、また無偏光ビームスプリッタ103
から無偏光ビームスプリッタ111間で参照光と測定光
の光路が離れ、空気流による位相歪が発生しやすくなる
といった問題点があった。
However, in the optical heterodyne interferometer using the acousto-optic modulator as described above, in order to produce two laser beams having slightly different wavelengths, the linearly polarized laser beam is a non-polarized beam. Splitter 103
And the frequency of one of the laser beams is shifted by two acousto-optic elements, and then integrated into the same optical path by the non-polarization beam splitter 111, the number of optical components increases and the non-polarization Beam splitter 103
Therefore, there is a problem that the optical paths of the reference light and the measurement light are separated between the non-polarization beam splitters 111, and the phase distortion due to the air flow is likely to occur.

【0018】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、光学部品点数を減らしコンパク
ト化し、また参照光と測定光の光路を常に近づけること
によって、空気流による位相歪が発生しにくい光ヘテロ
ダイン干渉計を提供することを目的としている。
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems. The number of optical components is reduced, the size is made compact, and the optical paths of the reference light and the measurement light are always brought close to each other, so that the phase distortion due to the air flow is reduced. The object is to provide an optical heterodyne interferometer that is hard to generate.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明の光ヘテロダイン干渉計は、レーザ光をブラ
ッグ回折により分岐するとともに、高次回折光を変調
し、次数の異なる2つの回折光のうち1つを測定光、他
方を参照光とする第1の音響光学変調素子と、前記参照
光を反射する参照光反射手段と、被測定物、及び前記参
照光反射手段により反射された前記測定光、及び前記参
照光を第1の音響光学変調素子とは僅かに異なる周波数
で変調するとともに、ブラッグ回折により統合し干渉さ
せる第2の音響光学変調素子とを備えている。
In order to achieve this object, an optical heterodyne interferometer according to the present invention splits a laser beam by Bragg diffraction and modulates a high-order diffracted light to obtain two diffracted lights of different orders. A first acousto-optic modulator using one of them as a measurement light and the other as a reference light; a reference light reflection means for reflecting the reference light; an object to be measured; and the reflection light reflected by the reference light reflection means. A second acousto-optic modulator that modulates the measurement light and the reference light at a frequency slightly different from that of the first acousto-optic modulator, and integrates and interferes by Bragg diffraction is provided.

【0020】請求項2に記載の光ヘテロダイン干渉計
は、前記測定光を第1の音響光学変調素子による0次回
折光とし、前記参照光を1次回折光としている。
In the optical heterodyne interferometer according to the second aspect, the measurement light is the 0th-order diffracted light by the first acousto-optic modulator, and the reference light is the 1st-order diffracted light.

【0021】[0021]

【作用】前記の構成を有する本発明の光ヘテロダイン干
渉計において、第1の音響光学変調素子は、レーザ光を
ブラッグ回折により分岐するとともに、高次回折光を変
調し、次数の異なる2つの回折光のうち1つを測定光、
他方を参照光とする。
In the optical heterodyne interferometer of the present invention having the above-mentioned structure, the first acousto-optic modulator splits the laser beam by Bragg diffraction and modulates the high-order diffracted light to obtain two diffracted lights of different orders. One of them is the measuring light,
The other is used as the reference light.

【0022】参照光反射手段は、前記参照光を反射す
る。
The reference light reflecting means reflects the reference light.

【0023】第2の音響光学変調素子は、被測定物、及
び前記参照光反射手段により反射された前記測定光、及
び前記参照光を第1の音響光学変調素子とは僅かに異な
る周波数で変調するとともに、ブラッグ回折により統合
し干渉させる。
The second acousto-optic modulator modulates the DUT, the measurement light reflected by the reference-light reflecting means, and the reference light at a frequency slightly different from that of the first acousto-optic modulator. At the same time, they are integrated and interfered by Bragg diffraction.

【0024】[0024]

【実施例】以下に、本発明を具体化した一実施例を図面
を参照して説明する。また実施例においては、本発明の
光ヘテロダイン干渉計を用いた微細表面形状測定を例と
して説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. Further, in the examples, description will be given by taking as an example the measurement of a fine surface shape using the optical heterodyne interferometer of the present invention.

【0025】図1は本発明を具体化した光ヘテロダイン
干渉計の光学系の構成を概略的に示したものである。
FIG. 1 schematically shows the structure of an optical system of an optical heterodyne interferometer embodying the present invention.

【0026】レーザ光源1は、振動数がν1の直線偏光
レーザ光を発生するものである。アイソレータ2は、前
記レーザ光源1への戻り光を遮断するものであり、出力
光の偏光面が紙面の法線と平行になるように設定されて
いる。
The laser light source 1 generates a linearly polarized laser light having a frequency of ν1. The isolator 2 blocks the return light to the laser light source 1, and is set so that the polarization plane of the output light is parallel to the normal line of the paper surface.

【0027】駆動信号発生器4は、水晶発信器5の基準
クロックから、80MHzの正弦波を発生し音響光学変調素
子3を駆動するものである。
The drive signal generator 4 drives the acousto-optic modulator 3 by generating a sine wave of 80 MHz from the reference clock of the crystal oscillator 5.

【0028】音響光学変調素子3は、ブラッグ回折によ
り前記直線偏光レーザ光を分岐するとともに、その1次
回折光の振動数を+80MHzシフトさせるものである。ここ
で図5を用いて、音響光学変調素子3について説明す
る。レーザ光を音響光学変調素子3に対して、ブラッグ
角φで入射すると、図5の様に0次回折光、及び0次回
折光に対して2φの角度を持つ1次回折光が発生する。
この時この1次回折光の振動数は入射光に対して、駆動
信号発生器の発生する周波数だけプラス・シフトする。
0次回折光は入射光と同じ振動数で出力される。0次回
折光、及び1次回折光以外の出力光は遮光板等で遮る。
以後、出力された0次回折光を測定光、1次回折光を参
照光と呼ぶ。
The acousto-optic modulator 3 splits the linearly polarized laser light by Bragg diffraction and shifts the frequency of the first-order diffracted light by +80 MHz. Here, the acousto-optic modulator 3 will be described with reference to FIG. When the laser light is incident on the acousto-optic modulator 3 at the Bragg angle φ, the 0th-order diffracted light and the 1st-order diffracted light having an angle of 2φ with respect to the 0th-order diffracted light are generated as shown in FIG.
At this time, the frequency of the first-order diffracted light is positively shifted by the frequency generated by the drive signal generator with respect to the incident light.
The 0th-order diffracted light is output at the same frequency as the incident light. Output light other than the 0th-order diffracted light and the 1st-order diffracted light is blocked by a light blocking plate or the like.
Hereinafter, the output 0th-order diffracted light is referred to as measurement light and the 1st-order diffracted light is referred to as reference light.

【0029】前記測定光、及び前記参照光はS偏光波で
あるために、偏光ビームスプリッタ6により反射され
る。
Since the measuring light and the reference light are S-polarized waves, they are reflected by the polarization beam splitter 6.

【0030】前記測定光、及び前記参照光は被測定物
8、及び参照鏡7により反射され、偏光ビームスプリッ
タ6に戻るが、このとき1/4波長板9を2回透過する
ことにより、P偏光波となり偏光ビームスプリッタ6を
直進する。
The measurement light and the reference light are reflected by the DUT 8 and the reference mirror 7 and return to the polarization beam splitter 6. At this time, the measurement light and the reference light are transmitted through the quarter-wave plate 9 twice, so that P It becomes a polarized wave and goes straight through the polarization beam splitter 6.

【0031】駆動信号発生器11は、水晶発信器5の基
準クロックから、79.9MHzの正弦波を発生し音響光学変
調素子10を駆動するものである。
The drive signal generator 11 drives the acousto-optic modulator 10 by generating a 79.9 MHz sine wave from the reference clock of the crystal oscillator 5.

【0032】音響光学変調素子10は、図2の様に測定
光、及び参照光を、ブラッグ角φで入射すると、測定光
の0次光と、参照光の−1次回折光を同一光路上に統合
し、干渉させるものである。この時、参照光の振動数は
-79.9MHzシフトする。従って、2つの音響光学変調器
3,及び10を透過することにより、参照光の振動数ν
2は+100kHzシフトしていることになる。
When the measurement light and the reference light are incident at the Bragg angle φ as shown in FIG. 2, the acousto-optic modulator 10 causes the 0th-order light of the measurement light and the -1st-order diffracted light of the reference light to be on the same optical path. It integrates and interferes. At this time, the frequency of the reference light is
-79.9MHz shift. Therefore, by passing through the two acousto-optic modulators 3 and 10, the frequency ν of the reference light is
2 is shifted by + 100kHz.

【0033】フォト・ダイオード12は、この干渉光の
強度を電気信号に変換するものである。ここで、フォト
・ダイオード12に入力される参照光を、A・exp{i(k2・
rr-ω2・t)}(ただし、rrは参照光のフォト・ダイオー
ド12までの光路長、Aは振幅、k2は波長定数、ω2=2π
・ν2は角振動数)とし、測定光を、B・exp{i(k1・rd-ω1
・t)}(ただし、rdは測定光のフォト・ダイオード12
までの光路長、Bは振幅、k1は波長定数、ω1=2π・ν1は
角振動数、初期位相は0)とすると、フォト・ダイオー
ド12は、入射光の強度|I|2=A2+B2+2A・B・cos{(ω
2-ω1)・t+k1・rd-k2・rr}を電気信号に変換する。第3
項は測定光と参照光の干渉によるビート信号であり、そ
の位相θはk1・rd-k2・rrとなる。参照鏡7を固定する
ことによって、ビート信号の位相θから被測定物8の微
小変位を測定することができる。この電気信号を以後D
信号と呼ぶ。
The photo diode 12 converts the intensity of the interference light into an electric signal. Here, the reference light input to the photodiode 12 is changed to A · exp {i (k2 ·
rr-ω2 · t)} (where rr is the optical path length of the reference light to the photodiode 12, A is the amplitude, k2 is the wavelength constant, and ω2 = 2π
・ Ν2 is the angular frequency) and the measurement light is B ・ exp {i (k1 ・ rd-ω1
・ T)} (where rd is the photodiode 12 of the measuring light)
Optical path length to, B is the amplitude, k1 is a wavelength constant, .omega.1 = 2 [pi-.nu.1 is the angular frequency, the initial phase is 0) to the photo-diode 12, the intensity of the incident light | I | 2 = A 2 + B 2 + 2A ・ B ・ cos {(ω
2-ω1) · t + k1 · rd-k2 · rr} is converted into an electric signal. Third
The term is a beat signal due to the interference between the measurement light and the reference light, and its phase θ is k1 · rd−k2 · rr. By fixing the reference mirror 7, it is possible to measure the minute displacement of the DUT 8 from the phase θ of the beat signal. This electrical signal will be referred to as D
Call it a signal.

【0034】次に、図3を用いて電気系の構成を説明す
る。
Next, the configuration of the electric system will be described with reference to FIG.

【0035】D信号増幅器31は、前期D信号の交流成
分(ビート信号)を増幅するものである。
The D signal amplifier 31 amplifies the AC component (beat signal) of the D signal in the previous period.

【0036】B信号発生器32は、前期水晶発信器5の
基準クロックから、100KHzの基準信号(以後、B信号)
を発生するものである。この信号を、D信号の位相に対
する比較基準とする。
The B signal generator 32 is a reference signal of 100 KHz from the reference clock of the crystal oscillator 5 in the previous period (hereinafter, B signal).
Is generated. This signal is used as a comparison reference for the phase of the D signal.

【0037】位相比較器33は、前記D信号のビート信
号とB信号の位相差Θを検出するものである。位相差Θ
は上述のようにΘ=k1・rd-k2・rr-(B信号の位相)と
なり、参照鏡7を固定することによって、Θ=k1・rp-
(定数)となる。
The phase comparator 33 detects the phase difference Θ between the beat signal of the D signal and the B signal. Phase difference Θ
Becomes Θ = k1rd-k2rr- (phase of the B signal) as described above. By fixing the reference mirror 7, Θ = k1rp-
(Constant).

【0038】信号処理装置34は、被測定物8を載せた
ステージを図1の矢印の方向に徐々に移動させ、位相差
Θの変化を観測することによって、被測定物8の微細表
面形状を測定するものである。この時測定精度は、Δr
d=ΔΘ/k1=λ/2π・ΔΘ(ただし、λはレーザ波長)と
なる。ここで、波長632.8[nm]のHe−Neレーザを用
い、位相差Θを2π/1000の精度で検出すれば、Δrd=0.
6[nm]となり、測定光の光路が被測定物8の変位に相当
する距離を往復するので、被測定物8の変位を0.3[nm]
の精度で測定することができる。
The signal processing device 34 gradually moves the stage on which the DUT 8 is placed in the direction of the arrow in FIG. 1 and observes the change in the phase difference Θ to determine the fine surface shape of the DUT 8. It is something to measure. At this time, the measurement accuracy is Δr
d = ΔΘ / k1 = λ / 2π · ΔΘ (where λ is the laser wavelength). If a phase difference Θ is detected with an accuracy of 2π / 1000 using a He-Ne laser having a wavelength of 632.8 [nm], then Δrd = 0.
Since it becomes 6 [nm] and the optical path of the measurement light reciprocates the distance corresponding to the displacement of the DUT 8, the displacement of the DUT 8 is 0.3 [nm].
It can be measured with the accuracy of.

【0039】以上詳述したように、2つの音響光学変調
素子により、レーザ光の振動数をシフトさせるととも
に、測定光と参照光を分岐し、統合することにより、光
ヘテロダイン干渉計の光学部品点数を減らすことができ
る。また音響光学変調素子のブラッグ角が約7[mrad]と
小さいために、光ヘテロダイン干渉計をコンパクト化で
き、且つ測定光と参照光の光路を常に近づけることがで
きるので、空気流による位相歪が発生しにくくなる。
As described above in detail, the frequency of the laser light is shifted by the two acousto-optic modulators, and the measuring light and the reference light are branched and integrated, whereby the number of optical components of the optical heterodyne interferometer is increased. Can be reduced. Moreover, since the Bragg angle of the acousto-optic modulator is as small as about 7 [mrad], the optical heterodyne interferometer can be made compact, and the optical paths of the measurement light and the reference light can always be close to each other. Less likely to occur.

【0040】尚、前記実施例においては微細表面形状の
測定を例として説明したが、光ヘテロダイン干渉計を用
いた他の計測であっても良い。
In the above embodiment, the measurement of the fine surface shape is explained as an example, but other measurement using an optical heterodyne interferometer may be used.

【0041】[0041]

【発明の効果】以上説明したことから明かなように、本
発明の光ヘテロダイン干渉計によれば、第1の音響光学
変調素子が、レーザ光をブラッグ回折により分岐すると
ともに、高次回折光を変調し、0次回折光を測定光、1
次回折光を参照光とし、被測定物、及び参照光反射手段
により反射された測定光、及び参照光を、第2の音響光
学変調素子が、第1の音響光学変調素子とは僅かに異な
る周波数で変調するとともに、ブラッグ回折により統合
し干渉させることにより、光学部品点数を減らすことが
できる。また音響光学変調素子のブラッグ角が約7[mra
d]と小さいために、光ヘテロダイン干渉計をコンパクト
化でき、且つ測定光と参照光の光路を常に近づけること
ができ、空気流による位相歪が発生しにくくなる。
As is apparent from the above description, according to the optical heterodyne interferometer of the present invention, the first acousto-optic modulator splits the laser light by Bragg diffraction and modulates the high-order diffracted light. Then, the 0th order diffracted light is measured light, 1
The second diffracted light is used as the reference light, and the measurement light and the reference light reflected by the DUT and the reference light reflecting unit have a frequency at which the second acousto-optic modulator slightly differs from the first acousto-optic modulator. It is possible to reduce the number of optical components by modulating the light with the optical system and integrating and interfering by Bragg diffraction. The Bragg angle of the acousto-optic modulator is about 7 [mra
Since d] is small, the optical heterodyne interferometer can be made compact, and the optical paths of the measurement light and the reference light can always be close to each other, and phase distortion due to the air flow is unlikely to occur.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】図1は本実施例の光学系の概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an optical system of the present embodiment.

【図2】図2は実施例の音響光学変調素子の説明図であ
る。
FIG. 2 is an explanatory diagram of an acousto-optic modulator according to an embodiment.

【図3】図3は本実施例の電気的制御構成を示すブロッ
ク図である。
FIG. 3 is a block diagram showing an electrical control configuration of the present embodiment.

【図4】図4は従来例の光ヘテロダイン干渉計の光学系
の概略構成図である。
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of an optical system of a conventional optical heterodyne interferometer.

【図5】図5は音響光学変調素子の説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of an acousto-optic modulator.

【図6】図6は音響光学変調素子の説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram of an acousto-optic modulator.

【図7】図7は従来例の電気的制御構成を示すブロック
図である。
FIG. 7 is a block diagram showing a conventional electrical control configuration.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

3 音響光学変調素子 7 参照鏡 10 音響光学変調素子 3 Acousto-optic modulator 7 Reference mirror 10 Acousto-optic modulator

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 レーザ光をブラッグ回折により分岐する
とともに、高次回折光を変調し、次数の異なる2つの回
折光のうち1つを測定光、他方を参照光とする第1の音
響光学変調素子と、 前記参照光を反射する参照光反射手段と、 被測定物、及び前記参照光反射手段により反射された前
記測定光、及び前記参照光を第1の音響光学変調素子と
は僅かに異なる周波数で変調するとともに、ブラッグ回
折により統合し干渉させる第2の音響光学変調素子とを
備えたことを特徴とする光ヘテロダイン干渉計。
1. A first acousto-optic modulator that splits laser light by Bragg diffraction and modulates higher-order diffracted light, and uses one of two diffracted lights of different orders as measurement light and the other as reference light. A reference light reflecting means for reflecting the reference light, an object to be measured, the measurement light reflected by the reference light reflecting means, and the reference light having a frequency slightly different from that of the first acousto-optic modulator. An optical heterodyne interferometer, comprising: a second acousto-optic modulator which is modulated by the optical system and integrated by Bragg diffraction to cause interference.
【請求項2】 前記測定光を第1の音響光学変調素子に
よる0次回折光とし、参照光を1次回折光とすることを
特徴とする請求項1に記載の光ヘテロダイン干渉計。
2. The optical heterodyne interferometer according to claim 1, wherein the measurement light is 0th order diffracted light by the first acousto-optic modulator and the reference light is 1st order diffracted light.
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